廣西隆安都結(jié)剖面下石炭統(tǒng)都安組上部鮞粒類型及其地質(zhì)意義*

鞏恩普 楊臻元 黃文韜 關(guān)長慶 張永利 苗卓偉 王立芙 李 驍 王俊杰

東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽 110819

1 概述

鮞粒是圓形、橢圓形或卵形碳酸鹽巖顆粒，表面光滑，粒徑一般小于2imm，具有核心和皮層，核心一般為生物碎屑、似球粒、硅質(zhì)顆?；蛘邘r屑等，外部皮層具有很好的紋層結(jié)構(gòu)(Daviesetal.，1978；Simone，1980；Diaz and Eberli，2019)。富含鮞粒的地層往往具有較高的孔隙度和滲透率，是良好的油氣聚集場所，常被視為油氣勘探的重點(馬永生等，2005；周彥等，2007；王煒等，2011；李開開等，2018)。此外，鮞粒分布范圍廣泛，各地質(zhì)時期均有發(fā)育，被認(rèn)為是古氣候和古海洋環(huán)境的重要指示器，多形成在溫暖動蕩的淺水環(huán)境(Opdyke and Wilkinson，1990；Heydari and Moore，1994；Duguidetal.，2010；Lietal.，2013，2015，2017；李飛等，2015；Diaz and Eberli，2019)，如大巴哈馬淺灘(Harrisetal.，2019)。但是，并非所有溫暖的動蕩水體中都發(fā)育鮞粒，這也使得地質(zhì)學(xué)家對此類特殊顆粒的成因機制產(chǎn)生了極大的興趣。在300多年的研究歷史中，針對這些廣泛發(fā)育的碳酸鹽巖顆粒，地質(zhì)學(xué)者開展了大量研究工作，并在此基礎(chǔ)上提出了各種成因機制和模型(Daviesetal.，1978；Fergusonetal.，1978；Duguidetal.，2010；Diazetal.，2015，2017；Mariottietal.，2018)。但時至今日，鮞粒的成因機制和形成過程仍存在較大的爭議，主要集中在非生物成因和生物成因方面(Duguidetal.，2010；梅冥相，2012；Diazetal.，2014，2015，2017；Tanetal.，2017；Troweretal.，2017；周瑤琪等，2017；Mariottietal.，2018；宋文天和劉建波，2020)。

a—鮞粒的物理—化學(xué)成因模型；b—Diaz等(2015，2017)提出的鮞粒生物成因說模型示意圖圖 1 現(xiàn)代海相鮞粒成因機制模型簡圖(據(jù)Duguid等，2010；Diaz and Eberli，2019，有修改)Fig.1 Cartoon depicting the growth models of modern marine ooids (modified from Duguid et al.，2010;Diaz and Eberli，2019)

一直以來，鮞粒的物理—化學(xué)成因機制被很多學(xué)者所接受，并認(rèn)為鮞粒的形成需要滿足一定的條件： 存在合適的核心；較淺的溫暖水域；碳酸鹽飽和或過飽和；動蕩的水體，有利于CO2的排出(Daviesetal.，1978；Sumner and Grotzinger，1993；Duguidetal.，2010；Rankey and Reeder，2012；Diaz and Eberli，2019)。Duguid等(2010)在研究現(xiàn)代巴哈馬鮞粒時，提出了一個新的鮞粒物理—化學(xué)成因模型(非生物成因)，認(rèn)為鮞粒的形成過程與微生物活動沒有直接的關(guān)系(圖 1-a)。他們將鮞粒的形成過程劃分為2個階段： 活躍階段和靜止階段。在活躍階段，具有高Mg/Ca值的非晶質(zhì)碳酸鈣(ACC： Amorphous calcium carbonate)在鮞粒最外圈皮層表面形成；在靜止階段，這些非晶質(zhì)碳酸鈣重結(jié)晶成針狀文石，進而形成新的皮層。但是，Duguid等(2010)并未對非晶質(zhì)碳酸鈣(ACC)的形成過程和機制進行闡述和解釋。

近年來，地質(zhì)學(xué)家在鮞粒生物成因說的相關(guān)研究上也取得了較大的突破： Brehm等(2006)在實驗室內(nèi)培養(yǎng)微生物群落，人工合成了鮞粒；Li等(2017)根據(jù)鮞粒皮層中的稀土元素特點證實鮞粒的形成過程有微生物的參與；Diaz等(2015，2017)提出鮞粒在形成過程中最外層的ACC是微生物作用的結(jié)果(圖 1-b)，并明確指出鮞粒是不同于疊層石和凝塊石的一類特殊微生物巖。

雖然關(guān)于鮞粒的成因機制仍存在一定的爭議，但這并不影響其成為有效的古環(huán)境和古氣候指示器。石炭紀(jì)是晚古生代冰期的主要階段，全球古氣候和古環(huán)境發(fā)生了重大變革，同時也是鮞粒發(fā)育的重要時期(Opdyke and Wilkinson，1990；Isbelletal.，2003；Fieldingetal.，2008；Montaez and Poulsen，2013)。出露在廣西都結(jié)地區(qū)石炭系都安組上部的“都結(jié)藻灰?guī)r”被認(rèn)為是密西西比亞紀(jì)晚期冰川作用的產(chǎn)物，是一套淺水碳酸鹽沉積物，含有大量微生物席、核形石和鮞粒等特殊沉積(鄺國敦等，1999；苗卓偉等，2016；Huangetal.，2020)。文中根據(jù)前人的研究理論和成果，對“都結(jié)藻灰?guī)r”中發(fā)育的各類鮞粒開展了系統(tǒng)的室內(nèi)外研究，并結(jié)合其顯微組構(gòu)和沉積環(huán)境分析各類鮞粒的形成過程及其對晚古生代冰期的指示意義。

2 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于廣西隆安縣都結(jié)鄉(xiāng)，大地構(gòu)造位于“滇黔桂盆地”(趙自強和丁啟秀，1996)，又稱“南盤江盆地”(Enosetal.，1998)，范圍大致包括彌勒—師宗—普安斷裂帶東南、 紫云—羅甸—南丹—都安斷裂帶西南和寧明—南寧斷裂帶以北的地區(qū)。 晚古生代，持續(xù)拉張作用使盆地內(nèi)形成了一系列臺、 盆相間的古地理格局(焦大慶等，2003)(圖 2)。

圖 2 中國南方早石炭世巖相古地理(據(jù)焦大慶等，2003；有修改)Fig.2 Palaeogeography of the early Carboniferous in South China(modified from Jiao et al.，2003)

都結(jié)地區(qū)石炭系保存完好，出露連續(xù)，屬桂西南沉積小區(qū)，自下往上依次發(fā)育隆安組、都安組、大埔組、黃龍組和馬平組(鄺國敦等，1999)。都安組主要為灰色、淺灰色厚層灰?guī)r、厚層生物屑灰?guī)r、有孔蟲灰?guī)r、藻灰?guī)r和介殼灰?guī)r等，常夾白云質(zhì)灰?guī)r或白云巖；生物化石豐富，主要為淺水底棲生物，如珊瑚、腕足類、、有孔蟲、海百合和藻類等。都安組上部發(fā)育一套富含微生物碳酸鹽巖的遠岸孤立臺地淺灘相—環(huán)潮坪相沉積，分布范圍很廣，因在都結(jié)地區(qū)厚度最大，也被前人稱為“都結(jié)藻灰?guī)r”(鄺國敦等，1999)；生物化石以藻類為主，可見少量底棲動物化石，如珊瑚類的Kizilia、Carcinophyllum、Palaeosmilia等，非有孔蟲Plectogyrasp.、Palaeotextulariasp.、Glomospirasp.、Cribrospirasp.和Bradyinasp.等，類化石Eostaffellaikensis、E.paraprotvae和Eostaffellasp.等(鄺國敦等，1999)。古生物學(xué)特征指示“都結(jié)藻灰?guī)r”形成于維憲期末—謝爾普霍夫期(表 1，圖 3)。

表 1 廣西隆安地區(qū)下石炭統(tǒng)地層格架(據(jù)鄺國敦等，1999；王向東等，2019；有修改)Table1 Stratigraphic framework of the lower Carboniferous in Long’an area，Guangxi(modified from Kuang et al.，1999;Wang et al.，2019)

圖 3 廣西隆安地區(qū)都結(jié)剖面下石炭統(tǒng)都安組巖性柱狀圖Fig.3 Lithologic column of the lower Carboniferous Du’an Formation in Dujie section of Long’an area，Guangxi

3 沉積環(huán)境

都結(jié)地區(qū)下石炭統(tǒng)中未見大量陸源碎屑物，一般不含砂巖夾層，是遠離古陸的遠岸臺地和孤立臺地沉積(鄺國敦等，1999)。鄺國敦等(1999)認(rèn)為發(fā)育在都安組頂部的“都結(jié)藻灰?guī)r”形成于遠岸孤立碳酸鹽巖臺地淺灘環(huán)境，局部為極淺水的潮坪環(huán)境。苗卓偉等(2016)在對“都結(jié)藻灰?guī)r”內(nèi)的微生物巖研究中，識別出8種微相類型，包括含亮晶膠結(jié)物的泥晶包殼生屑灰?guī)r、含腕足似球粒灰?guī)r、無紋層似球粒顆?；?guī)r、團塊灰?guī)r、細(xì)密紋層狀粘結(jié)巖、內(nèi)碎屑鮞粒灰?guī)r、鮞?；?guī)r和白云質(zhì)鮞粒灰?guī)r，并認(rèn)為都結(jié)剖面微生物巖的沉積環(huán)境是在臺地邊緣淺灘相、開闊臺地相和局限臺地相3種沉積相帶之間往復(fù)變化的(苗卓偉等，2016)。

a—生物碎屑粒泥—泥粒巖的野外照片；b—生物碎屑粒泥—泥粒巖的顯微鏡下照片(單偏光)；c—團塊泥粒—顆粒巖的野外照片；d—團塊泥?！w粒巖的顯微鏡下照片(單偏光)；生物殼體(S)，海百合(C)，有孔蟲(F)，泥晶套(ME)圖 4 廣西隆安地區(qū)都結(jié)剖面下石炭統(tǒng)都安組典型潮下帶微相類型Fig.4 Typical subtidal microfacies types of the lower Carboniferous Du’an Formation in Dujie section of Long’an area，Guangxi

在此基礎(chǔ)上，Huang等(2020)對都結(jié)地區(qū)都安組上部地層開展了詳細(xì)的巖相學(xué)和同位素地球化學(xué)分析，結(jié)果表明“都結(jié)藻灰?guī)r”可能與維憲期末—謝爾普霍夫期開始的冰川作用有關(guān)，是該時期海平面下降的產(chǎn)物?！岸冀Y(jié)藻灰?guī)r”可劃分為3個巖相組合： 底部以厚層狀的含巖屑生物碎屑泥粒巖和生物碎屑粒泥—泥粒巖為主(圖 4-a，4-b)，代表了正常浪基面以下中等水動力條件的潮下帶環(huán)境；上覆團塊泥?！w粒巖(圖 4-c，4-d)、似球?！b粒泥粒巖(圖 5-a，5-b，5-c)、內(nèi)碎屑鮞?；?guī)r(圖 5-b，5-d)和核形石泥?！w粒巖，是一套正常浪基面之上的淺灘沉積物，形成于較強水動力條件的淺水潮下帶；富含窗格狀構(gòu)造的潮間帶沉積物是剖面上最常見的巖石類型(圖 6)，中間夾薄層狀潮上帶沉積層(圖 7)，指示潮坪環(huán)境(Huangetal.，2020)。剖面上可見多個由淺灘沉積與潮坪沉積組成的旋回，此類沉積旋回在華南其他地區(qū)、歐洲和北美等地均有發(fā)育，為該時期海平面頻繁變化的產(chǎn)物(Veevers and Powell，1987；Dvorjaninetal.，1996；Wangetal.，2013；Huangetal.，2020)。

綜上可知，都結(jié)地區(qū)都安組頂部的“都結(jié)藻灰?guī)r”形成于遠岸淺水孤立臺地環(huán)境，主要包括正常浪基面之上的極淺水潮下帶(淺灘環(huán)境)和潮坪環(huán)境(潮間帶和潮上帶環(huán)境)，是維憲期末—謝爾普霍夫期海平面下降的產(chǎn)物。

a—潮間帶沉積物向潮下帶沉積物過渡的野外照片；b—發(fā)育交錯層理的似球?！b粒泥粒巖(下部)和內(nèi)碎屑鮞?；?guī)r(上部)的光面照片；c—似球?！b粒泥粒巖的顯微鏡下照片(單偏光)，形成于受潮汐作用的沙壩環(huán)境；d—內(nèi)碎屑鮞粒灰?guī)r的顯微鏡下照片(單偏光)，形成于相對高能的鮞粒沙壩環(huán)境，下部的似球?！b粒泥粒巖和潮間帶沉積物被波浪或風(fēng)暴打碎后形成碎屑； 鮞粒(O)，似球粒(P)，巖屑(L)圖 5 廣西隆安地區(qū)都結(jié)剖面下石炭統(tǒng)都安組高能鮞粒沙壩沉積物Fig.5 Sediments of ooid sandbar with high energy of the lower Carboniferous Du’an Formation in Dujie section of Long’an area，Guangxi

a—潮間帶沉積物的光面照片；b—紋層狀似球粒泥粒巖的顯微鏡下照片(單偏光)；c—窗格孔藻粘結(jié)巖的顯微鏡下照片(單偏光)；d—內(nèi)碎屑—似球粒泥粒巖的顯微鏡下照片(單偏光)；巖屑(L)，似球粒(P)，窗格狀構(gòu)造(FS)圖 6 廣西隆安地區(qū)都結(jié)剖面下石炭統(tǒng)都安組典型潮間帶微相類型Fig.6 Typical intertidal microfacies types of the lower Carboniferous Du’an Formation in Dujie section of Long’an area，Guangxi

a—潮上帶水平層狀疊層石的野外照片；b—水平層狀疊層石的光面照片，發(fā)育微型帳篷狀構(gòu)造(紅色箭頭)圖 7 廣西隆安地區(qū)都結(jié)剖面下石炭統(tǒng)都安組潮上帶水平層狀疊層石Fig.7 Stromatolites from supratidal zone of the lower Carboniferous Du’an Formation in Dujie section of Long’an area，Guangxi

表 2 廣西隆安地區(qū)都結(jié)剖面下石炭統(tǒng)都安組鮞粒類型及其特征Table2 Ooids and their characteristics of the lower Carboniferous Du’an Formation in Dujie section of Long’an area，Guangxi

a—潮間帶沉積物中厚皮層圓形和薄皮層不規(guī)則放射狀紋層鮞粒(O1)；b—具交錯層理的潮汐沙壩內(nèi)發(fā)育的放射狀紋層鮞粒(O1)和規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒(O2)；c—內(nèi)碎屑鮞?；?guī)r內(nèi)的規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒(O2)，皮層內(nèi)含多個明顯的泥晶紋層(紅色箭頭)；d—鮞粒泥晶核心溶蝕后被亮晶方解石充填；e—規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒，受成巖作用影響部分同心紋層消失，呈現(xiàn)放射狀(紅色箭頭)；f—圖 e紅色方框內(nèi)放大照片，皮層內(nèi)同心紋層數(shù)大于10；P為似球粒，D為白云石圖 8 廣西隆安地區(qū)都結(jié)剖面下石炭統(tǒng)放射狀紋層鮞粒和規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒的顯微特征(單偏光)Fig.8 Thin-section photographs(plane-polarized light)of radial ooids and regular concentric-radial ooids of the lower Carboniferous Du’an Formation in Dujie section of Long’an area，Guangxi

4 主要鮞粒類型及特征

“都結(jié)藻灰?guī)r”中鮞粒十分發(fā)育，類型豐富，主要分布在淺灘和潮坪沉積物中。通過對其顯微組構(gòu)的觀察統(tǒng)計，根據(jù)鮞粒紋層特征，將研究區(qū)鮞粒劃分為5種主要類型(表 2): 放射狀紋層鮞粒(O1)、規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒(O2)、不規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒(O3)、泥晶鮞粒(O4-A和O4-B)和復(fù)合鮞粒(O5)。

4.1 放射狀紋層鮞粒

放射狀紋層鮞粒(O1)在剖面內(nèi)整體含量不高，但在潮間帶和潮下帶環(huán)境都有發(fā)育，可與規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒和泥晶鮞粒伴生。在潮間帶沉積物中，放射狀紋層鮞粒零散分布，偶見局部集中分布現(xiàn)象(圖 8-a)。其粒徑較小，多為0.2～0.8imm，呈規(guī)則的圓形—橢圓形(放射皮層較厚)，也可見受核心形態(tài)控制的其他外形(放射皮層較薄)(圖 8-a)。紋層保存完好，呈放射狀，厚度相對均一，紋層內(nèi)可見暗色泥晶物質(zhì)殘余。核心類型單一，以泥晶方解石為主，其他類型核心少見。在具交錯層理的淺水潮下帶似球?！b粒灰?guī)r中，放射狀紋層鮞粒和規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒是主要的鮞粒類型(圖 8-b)，粒徑多在0.2～0.5imm之間，且部分泥晶化嚴(yán)重，紋層結(jié)構(gòu)模糊不易辨認(rèn)。

4.2 規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒

規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒(O2)是剖面上豐度最高的鮞粒類型，發(fā)育環(huán)境包括淺水潮下帶和潮間帶，在所有含鮞層位都有發(fā)現(xiàn)。此類鮞粒多呈圓形—橢圓形，粒徑變化較大，0.2～1.5imm不等。皮層較厚，放射狀亮層被極薄的泥晶方解石暗層隔開(圖 8-c，8-d)，其中亮層連續(xù)性較好，同一層厚度相對均勻，單層厚10～50iμm，部分可達80iμm；而暗層較薄，單層厚5～10iμm，少數(shù)可達30iμm，同一層的連續(xù)性較亮層差。核心以泥晶方解石為主，未見生物碎屑核心，部分鮞粒核心溶蝕消失，被亮晶或微亮晶方解石充填(圖 8-d)。不同環(huán)境中的規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒的粒徑和皮層圈數(shù)變化較大： 在具交錯層理的淺水潮下帶似球粒—鮞?；?guī)r中，粒徑最小，多在0.2～0.5imm之間，同心紋層數(shù)也最少，一般小于5圈，多為1～3圈(圖 8-b)；在含內(nèi)碎屑鮞?；?guī)r中，此類鮞粒粒徑多在0.2～0.8imm之間，同心紋層數(shù)增多，3～8圈不等(圖 8-c，8-d)；在潮坪沉積環(huán)境中，規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒零散分布在富含泥晶物質(zhì)的粒泥巖中，可與不規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒伴生，窗格狀構(gòu)造發(fā)育，粒徑在0.8～1.5imm之間，同心紋層數(shù)最多，可大于10圈(圖 8-e，8-f)。

4.3 不規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒

研究區(qū)不規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒(O3)含量相對較少，發(fā)育環(huán)境也較為局限，主要出現(xiàn)在富含泥晶質(zhì)的潮坪相粒泥巖中，窗格狀構(gòu)造發(fā)育，與似球粒和少量規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒伴生。粒徑相對較大，多在0.5～2imm之間(圖 9-a)，也可見大于2imm的個體。鮞粒核心主要為泥晶方解石，未見其他類型核心。鮞粒的外形受核心的形態(tài)影響比較大。皮層由亮暗相間的紋層組成，具有較好的韻律性，亮層厚度相對較小，為5～20iμm，且亮層越厚，連續(xù)性越好；暗層為富含有機質(zhì)的泥晶方解石，層厚變化較大，為5～50iμm，部分位置可達100～200iμm。

4.4 泥晶鮞粒

都結(jié)地區(qū)泥晶鮞粒(O4)可劃分為2個亞類： 泥晶鮞粒O4-A(圖 9-b，9-c)和泥晶鮞粒O4-B(圖 9-d)。

a—不規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒(O3)，見不規(guī)則的泥晶紋層(紅色箭頭)；b—泥晶鮞粒(O4-A)，富有機質(zhì)核心溶蝕后形成的偏心鮞粒(紅色箭頭)；c—圖b右側(cè)泥晶鮞粒(O4-A)的放大照片，紋層結(jié)構(gòu)保存完好；d—泥晶化鮞粒，皮層結(jié)構(gòu)消失或模糊；e—復(fù)合鮞粒 (O5)，核心為鮞粒形成的葡萄石；f—復(fù)合鮞粒，核心被亮晶方解石充填(紅色箭頭)圖 9 廣西隆安地區(qū)都結(jié)剖面下石炭統(tǒng)都安組鮞粒的顯微特征(單偏光)Fig.9 Thin-section photographs(plane-polarized light)of ooids of the lower Carboniferous Du’an Formation in Dujie section of Long’an area，Guangxi

泥晶鮞粒O4-A主要分布在潮坪相含鮞似球粒泥粒巖內(nèi)，呈橢圓形，粒徑較小，多為0.1～0.5imm。核心以泥晶方解石為主，未見生物碎屑核心，且富含有機質(zhì)的泥晶方解石核心常被亮晶方解石取代，形成偏心鮞(圖 9-b)。鮞粒的外形受核心形態(tài)影響較大。該類鮞粒皮層由亮暗相間的泥晶紋層組成，紋層保存完好(圖 9-c)，亮層由微晶—微亮晶方解石組成，單層厚度5～10iμm，最厚達15iμm；暗層由泥晶方解石組成，厚度多小于10iμm。多數(shù)泥晶鮞粒和同層的其他顆粒(如正常鮞粒)均被泥晶方解石包殼。

泥晶鮞粒O4-B零散分布于淺水潮下帶淺灘相沉積物中，與各類似球粒、團塊和生物碎屑伴生，呈圓形—橢圓形，粒徑0.2～0.8imm，皮層結(jié)構(gòu)模糊，難以辨認(rèn)(圖 9-d)。

4.5 復(fù)合鮞粒

復(fù)合鮞粒(O5)在剖面內(nèi)也十分常見，主要發(fā)育在潮坪相沉積物中，在淺水潮下帶淺灘沉積物中零星可見，粒徑變化較大，0.5～3imm不等，主要受核心大小和形態(tài)的影響。核心多為泥晶方解石膠結(jié)的葡萄石(圖 9-e)，也可見富含有機質(zhì)的核心溶蝕后被亮晶方解石取代現(xiàn)象(圖 9-f)。復(fù)合鮞粒的皮層相對較薄，由保存完好的亮暗相間紋層組成，在不同鮞粒中亮暗層厚度、連續(xù)性和保存狀態(tài)差別較大，亮層一般厚5～30iμm，暗層為泥晶方解石，厚5～60iμm。

5 討論

5.1 鮞粒成因探討

圖 10 廣西隆安地區(qū)下石炭統(tǒng)都安組沉積環(huán)境及鮞粒分布Fig.10 Depositional environment and distribution of ooids of the lower Carboniferous Du’an Formation in Long’an area，Guangxi

1)放射狀紋層鮞粒。鮞粒的放射狀紋層是晶體沿垂直或近垂直于核心表面或紋層的方向排列所形成的，多形成于水動力條件較弱的淺海環(huán)境(Davies and Martin，1976；Daviesetal.，1978；Landetal.，1979)，也可出現(xiàn)在高鹽度的水體環(huán)境(Friedmanetal.，1973；Halley，1977；Flügel，2010)。在研究區(qū)，放射狀紋層鮞粒主要出現(xiàn)在潮間帶和淺水潮下帶沙壩沉積物中(圖 10)。具交錯層理的似球?！b粒灰?guī)r中顆粒具有很好的分選性和磨圓度，代表了具有較高水動力條件的潮汐沙壩環(huán)境(圖 5-b，5-c； 圖 8-b)。周瑤琪等(2017)在模擬海相鮞粒形成過程中觀察到： 在靜水條件下，碳酸鈣發(fā)生沉淀并形成垂直鮞粒表面生長的晶體；而在水動力條件增強時，晶體方向發(fā)生變化，不能形成穩(wěn)定的放射狀圈層。因此，強水動力條件的沙壩環(huán)境可能不利于放射狀紋層的形成(Davies and Martin，1976；周瑤琪等，2017)。其內(nèi)部發(fā)育的放射狀紋層鮞粒個體較小，與大量規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒伴生，部分具同心紋層殘余結(jié)構(gòu)(圖 11-a)，推測其原始結(jié)構(gòu)很可能是同心放射狀紋層，經(jīng)后期磨蝕、微生物侵蝕或成巖等作用而不易辨認(rèn)，部分表現(xiàn)出放射狀紋層結(jié)構(gòu)。潮間帶沉積物中放射狀紋層鮞粒零散分布，放射狀結(jié)構(gòu)保存相對完好(圖 8-a)，可能代表了原始紋層結(jié)構(gòu)，形成于潮間帶低洼處。相對平坦的潮間帶常發(fā)育若干洼地，為鮞粒放射紋層的形成創(chuàng)造了極淺的安靜水體，而強烈的蒸發(fā)作用和間歇性的海水補給不僅有利于維持CaCO3過飽和狀態(tài)，也成為CaCO3的主要來源(余素玉等，1987)。

a—似球?！b?；?guī)r中放射狀紋層鮞粒皮層內(nèi)殘余的同心紋層結(jié)構(gòu)(紅色箭頭)；b—鮞粒表面形成的致密微生物泥晶套(紅色箭頭)；c—鈣質(zhì)微生物Ortonella(紅色箭頭)和微生物席內(nèi)疑似鮞粒雛形(白色箭頭)；d—鮞粒核心內(nèi)的疑似微生物菌絲(紅色箭頭)；e、f—與 鮞粒伴生的鈣質(zhì)藻類(紅色箭頭)圖 11 廣西隆安地區(qū)都結(jié)剖面下石炭統(tǒng)都安組鮞粒形成中微生物作用的顯微鏡下照片(單偏光)Fig.11 Thin-section photographs (plane-polarized light) showing microbial activities during formation of ooids of the lower Carboniferous Du’an Formation in Dujie section of Long’an area，Guangxi

2)規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒。規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒是“都結(jié)藻灰?guī)r”中最常見的一類鮞粒類型，皮層由放射狀亮晶紋層與同心泥晶紋層組成，構(gòu)成亮暗紋層組。從潮下帶淺灘環(huán)境到潮坪環(huán)境，規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒含量逐漸降低，粒徑卻逐漸增加，表現(xiàn)出與沉積環(huán)境的顯著聯(lián)系。在水動力較強的潮下帶淺灘環(huán)境，交錯層理發(fā)育，鮞粒含量最高，但粒徑最小，同心紋層數(shù)也最少(圖 8-b；圖 11-a)。這可能是因為在持續(xù)高能的淺灘，雖然溫暖動蕩的水體環(huán)境有利于鮞粒的生長，但顆粒滾動時間增加，加劇了鮞粒等顆粒物質(zhì)之間的碰撞和磨蝕作用，不易形成粒徑較大的鮞粒(齊永安等，2014；Mariottietal.，2018)。而在潮間帶和潮下帶下部環(huán)境，間斷性的水體攪動不僅為鮞粒的形成創(chuàng)造了有利條件，也減弱了磨蝕作用，致使粒徑有所增加。鮞粒皮層中富含有機質(zhì)的泥晶紋層被認(rèn)為可能形成于鮞粒中碳酸鹽晶體生長停滯時期，是微生物在其表面生長形成胞外分泌物，并誘導(dǎo)方解石沉淀的結(jié)果(Tanetal.，2017)。放射狀亮晶紋層被多期次的泥晶薄層隔開，指示了此類鮞粒生長過程包括了多個較顯著的“靜止—活躍”生長周期。

3)不規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒和復(fù)合鮞粒。不規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒和復(fù)合鮞粒粒徑最大，分布范圍相對局限，主要發(fā)育在具有中等水動力條件的水體環(huán)境。其皮層中的泥晶紋層較厚，形態(tài)不規(guī)則，常出現(xiàn)加厚現(xiàn)象(圖 9-a，9-e)，這可能是多種因素作用的結(jié)果： 此類鮞粒在形成過程中可能經(jīng)歷了較長的停滯期，在微生物作用下形成了較厚的泥晶紋層，在此過程中顆粒滾動有限，使得微生物或胞外分泌物在鮞粒表面分布不均勻；當(dāng)水動力增強，鮞粒在隨后的活躍階段沒有經(jīng)歷充分的碰撞和磨蝕，并被搬運至相對低能環(huán)境沉積、埋藏。此外，復(fù)合鮞粒的核心多為含鮞粒的葡萄石(圖 9-e)，可能是鮞粒被搬運至相對靜水環(huán)境后，微生物對其進行侵蝕、鉆孔、融合和粘結(jié)的結(jié)果(Mariottietal.，2018)。

4)泥晶鮞粒。 研究區(qū)的泥晶鮞粒主要分布在潮間帶環(huán)境和潮下帶淺灘環(huán)境。 研究表明泥晶鮞粒主要有鮞粒泥晶化作用、 低沉積速率環(huán)境(如外斜坡環(huán)境)中微晶方解石的生長和微生物作用3種成因(Flügel，2010； Woods，2013)。 研究區(qū)淺灘相發(fā)育的泥晶鮞粒(O4-B)內(nèi)部結(jié)構(gòu)模糊或消失(圖 9-d)，與團塊和磨圓較好的生物碎屑伴生，此類泥晶鮞?？赡苁钦ｕb粒泥晶化的結(jié)果。 而在部分潮間帶沉積物中分布的泥晶鮞粒(O4-A)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，同心紋層結(jié)構(gòu)清晰(圖 9-b，9-c)，區(qū)別于泥晶化鮞粒。 同時，潮坪環(huán)境的沉積速率相對較快，因此也排除了研究區(qū)泥晶鮞粒在低沉積速率環(huán)境下的成因機制。 通過比較發(fā)現(xiàn)此類泥晶鮞粒結(jié)構(gòu)特點與Woods(2013)識別出的微生物泥晶鮞粒一致，可能是微生物作用的產(chǎn)物。

5.2 微生物作用

通過對各類鮞粒分布情況和形成過程的分析，筆者認(rèn)為研究區(qū)的鮞粒不僅受控于古海洋環(huán)境，同時微生物活動可能在其形成過程中也扮演了重要的角色。

1)形成微生物泥晶鮞粒O4-A。依據(jù)上述分析中泥晶鮞粒O4-A皮層完好的紋層結(jié)構(gòu)及其發(fā)育環(huán)境，并類比Woods(2013)提到的微生物泥晶鮞粒，推測O4-A可能為一種由微生物作用形成的鮞粒。除以上證據(jù)外，與O4-A伴生的其他類型鮞粒和顆粒表面常被1層致密微晶方解石包裹形成泥晶套(圖 11-b)，泥晶套厚度不均一，與內(nèi)部鮞粒界線清晰，Woods(2013)認(rèn)為此類泥晶套屬于“建造型”泥晶套，是微生物在顆粒表面生長、誘導(dǎo)或捕獲泥晶方解石形成的，與核形石紋層相似，區(qū)別于泥晶化作用形成的“破壞性”泥晶套(泥晶套與顆粒之間界線模糊)。同時，鮞粒常與鈣質(zhì)微生物伴生，并在微生物席內(nèi)可見疑似鮞粒雛形顆粒(圖 11-c)，與現(xiàn)代微生物席內(nèi)的鮞粒類似(Gerdesetal.，1994)，這也說明此類泥晶鮞粒的形成可能與微生物活動有關(guān)。

2)提供鮞粒核心。泥晶方解石(如似球粒)是研究區(qū)鮞粒最主要的核心類型，其他核心類型(如生物碎屑)十分少見。在保存完好的泥晶核心內(nèi)部可見疑似微生物菌絲的纖維狀物質(zhì)(圖 11-d)，這說明研究區(qū)部分鮞粒的泥晶核心可能是微生物作用的產(chǎn)物(如微生物席碎屑)。

4)鮞粒泥晶紋層的形成。研究區(qū)內(nèi)鮞粒皮層中暗色泥晶紋層十分顯著，尤其是在不規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒和復(fù)合鮞粒中最為突出，此類泥晶紋層可能是鮞粒在靜止階段微生物群落在其表面生長并誘導(dǎo)碳酸鹽沉淀或捕獲水體中的碎屑物質(zhì)形成的(Lietal.，2017；Mariottietal.，2018)。

5.3 古環(huán)境意義

研究區(qū)的各類鮞粒發(fā)育在以潮坪沉積物為主的“都結(jié)藻灰?guī)r”中，形成于受潮汐作用影響的淺水孤立臺地(鄺國敦等，1999)，發(fā)育在都安組上部，時代為維憲期末—謝爾普霍夫期，是維憲期末全球性海平面下降的產(chǎn)物(苗卓偉等，2016；Huangetal.，2020)。這一時期，在世界多地古海平面表現(xiàn)出了相似的變化規(guī)律，如： 古緯度較高的阿根廷西部盆地(Gonzlez，1990；Limarinoetal.，2006；Perez Loinazeetal.，2010)；古緯度較低的美國內(nèi)華達州東南部的Arrow Canyon Range地區(qū)(Bishopetal.，2009)、蒙大拿中部大雪山地區(qū)(Ahern and Fielding，2019)、中國南方(Wangetal.，2013；Huangetal.，2020)和英國多個盆地(Wright and Wagonerstone，2001；Fielding and Frank，2015)，以及岡瓦納大陸的其他地方(Veevers and Powell，1987；Smith and Read，2000)。與此同時，在南美洲巴西多個盆地(Caputoetal.，2008)、阿根廷中西部(Limarinoetal.，2006；Perez Loinazeetal.，2010)和中國西藏南部(Garzanti and Sciunnach, 1997)等中高緯度地區(qū)地層中大量發(fā)育冰成巖，并伴隨著δ13C顯著的正向漂移(Grossmanetal. 2008；Qieetal.，2011；Huangetal.，2020；Yangetal.，2020)。因此，多數(shù)學(xué)者也認(rèn)為本次全球性海平面下降可能是該時期冰川開始廣泛發(fā)育的結(jié)果(Bishopetal.，2009；Qieetal.，2011；Wangetal.，2013；Chenetal.，2016；Ahern and Fielding，2019；Huangetal.，2020)。維憲期末大規(guī)模的海退事件，迫使研究區(qū)由相對深水的潮下帶環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)闇\水的潮下帶淺灘環(huán)境和潮坪環(huán)境，水動力條件顯著增強，為鮞粒的形成提供了動蕩水體。石炭紀(jì)華南地區(qū)位于古低緯度地區(qū)，屬熱帶—亞熱帶氣候(Wangetal.，2013)。維憲期末—謝爾普霍夫期，雖然中高緯度地區(qū)冰川開始大量發(fā)育，但對低緯度地區(qū)淺層海水溫度影響不大，主要表現(xiàn)為頻繁的海平面變化。研究區(qū)特殊的古地理位置使其在冰川作用的海退期為“都結(jié)藻灰?guī)r”內(nèi)各類鮞粒的形成提供溫暖、動蕩和CaCO3過飽和的淺水環(huán)境。

6 結(jié)論

1)廣西都結(jié)地區(qū)下石炭統(tǒng)都安組上部“都結(jié)藻灰?guī)r”中鮞粒十分發(fā)育，類型豐富。根據(jù)顯微組構(gòu)、核心及紋層特征，共識別出5種主要類型： 放射狀紋層鮞粒、規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒、不規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒、泥晶鮞粒和復(fù)合鮞粒。

2)各類鮞粒的顯微組構(gòu)和分布情況主要受水動力條件影響。在動蕩的淺灘環(huán)境，鮞粒懸浮、滾動和磨圓較充分，常形成小粒徑的規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒，而在部分潮坪或局限環(huán)境則發(fā)育放射狀紋層鮞粒、不規(guī)則同心放射狀紋層鮞粒和泥晶鮞粒。

3)在廣西都結(jié)地區(qū)下石炭統(tǒng)都安組上部，鈣質(zhì)微生物和微生物席十分發(fā)育，常與各類鮞粒伴生。結(jié)合現(xiàn)代鮞粒研究成果，推測微生物活動在研究區(qū)鮞粒形成過程中可能起到了一定的作用，如提供泥晶核心、形成同心泥晶紋層、催化或誘導(dǎo)CaCO3沉淀等。

4)維憲期末—謝爾普霍夫期，冰川作用的開始導(dǎo)致了全球海平面的大幅下降和頻繁波動，可能是促使“都結(jié)藻灰?guī)r”形成的主要原因。而研究區(qū)位于低緯度地區(qū)，在一定程度上為各類鮞粒的形成提供了有利的水體環(huán)境。